压水堆核电站控制(第四章)

华北电力大学核科学与工程学院
华北电力大学核科学与工程学院
华北电力大学核科学与工程学院 气动执行器的特点：结构简单、动作可靠、性能稳定、故 障率低、价格便宜、维修方便、防爆、输出功率可做得很 大。可与气动调节仪表，也可和电动仪表或控制计算机配 套使用（需电－气转换器或电－气阀门定位器）。与电动 执行器相比，其性能优越很多。 电动执行器优点： 1. 工作能源取用方便，不需添加专门设备； 2. 信号传输速度快，传输距离远，便于集中控制； 3. 停电时保持原位不动，不影响设备安全； 4. 灵敏度和精度均较高； 5. 与电动调节仪表配合方便，安装接线简单。 电动执行器缺点： 1. 体积较大，价格较高，结构比较复杂，维修不方便； 2. 平均故障率比气动执行器高，防爆性能不如气动执行 机器。
华北电力大学核科学与工程学院
阀门定位器 反馈杆 导槽 输出摇臂 支架
P1 P0 P2 P
推杆
气缸 活塞
华北电力大学核科学与工程学院 电动执行机构的分类（按功能和输出方式划分） 1. 角行程电动执行机构：接受电动控制其来的0~10mA或 4~20mA标准电流信号，输出0~90 °角位移，驱动蝶阀、 球阀和偏心旋转阀等角位移。常用型号为DKJ型。 2. 直行程电动执行机构：具有真行程位移输出的电动执行 机构，可直接操纵各种直行程阀，如单、双座阀、三通阀 及套筒阀。常用型号为DKZ型。 3. 多转式电动执行机构：输出轴输出为大小不等的有效转 圈数，用来推动闸阀等多转式阀。
华北电力大学核科学与工程学院 控制棒提升一步的程序 • 0状态：夹持线圈通电，夹持爪夹持驱动杆，其他线圈断 电。 • 1状态：传递线圈通电，传递爪夹持。 • 2状态：夹持线圈断电，夹持爪松开。 • 3状态：提升线圈通电，传递磁铁带动驱动杆上升一步。 • 4状态：夹持线圈通电，夹持爪夹持。 • 5状态：传递线圈断电，传递爪松开。 • 6状态：提升线圈断电，传递磁铁复位。 控制棒插入一步的程序？
华北电力大学核科学与工程学院
提升磁极 提升线圈 传递磁极 驱动杆 驱动线圈 销爪固定轴 传递销爪 夹持磁极 夹持线圈 螺纹杆 夹持销爪 销爪固定轴 销爪 螺纹杆
华北电力大学核科学与工程学院
华北电力大学核科学与工程学院
华北电力大学核科学与工程学院 时序信号的 频率取决于 速度信号的 大小，设计 极限为每分 钟72步用于 刻度试验， 每步为 15.875mm。
华北电力大学核科学与工程学院 电液转换器特性 输入：来自调节器的开、关阀信号电流 输出：控制柱塞的位移 柱塞响应速度很快其的位移与信号电流相对应，可视为比 例环节。 液动执行机构特性 输入：控制柱塞的位移Δx 输出：主柱塞的位移ΔM 主柱塞位移与进入其右油腔的油流量成正比，即
Fs dM dt Q bs z 2g
华北电力大学核科学与工程学院
执行器：自动控制系统的终端控制元件，接受来自调节单 元的控制信号，通过调换流体通路的流通能力来改变被调 介质的流量，以便按规定要求对影响被控过程状况的变量 进行调节和操纵。 电动执行器：以电能为动力的执行器。
华北电力大学核科学与工程学院
气动执行机构(气动调节阀)：以压缩空气为动力的推动装 置。
P
P0

华北电力大学核科学与工程学院
P1
P2≤0.5MPa
气动薄膜执行机构： 膜片能承受的压力 较低，推动力小。
活塞式执行机构由 活塞 于气缸允许操作压 力较大，最大可达 0.5MPa，具有较大 气缸 的输出力。
根据活塞压差来完 成两位动作。活塞 由高压侧推向低压 侧，使推杆由一个 位置走到另一个位 置。适用于两位控 制系统。
华北电力大学核科学与工程学院
输出轴转角θ和输入信号I的关系为：
θ =K I 电动操作器的作用： 1. 在控制系统投入自动运行以前， 通过手动操作使被控变量接近 给定值，而调节阀处于某一中 间位置。由于控制器的自动跟 踪，当手动操作达到控制点后， 便可无扰的转入自动运行。 2. 断电时可用装在电动执行机构 上的手动操作手柄改变调节阀 的开度。
P P0 P0
薄膜气室 波纹膜片 上（下）膜盖(Ae) 弹簧(Cs) 推杆
气动薄膜执行机构
P百度文库
I
I
P—薄膜气室的信号压力变化量； l—推杆行程的变化量； Ae—波纹膜片的有效面积； Cs—弹簧刚度； P—进入薄膜气室的信号压力；
P0—对应于行程起点的信号压力。
P Ae C s l l l Ae Cs Ae Cs P
隔离阀
⑥ ⑦ 弹簧
①
②
⑧
主 柱 塞 ④
⑤
HP调节阀 导杆
华北电力大学核科学与工程学院
电磁阀 卸压阀
隔离阀
华北电力大学核科学与工程学院
保护液供给 控制滑阀 反馈杠杆 控制柱塞 ① ② ⑨
电磁阀 卸压阀
⑦
⑧
弹簧
GRE 反馈LVDT 阀门定位器 直接反馈杠杆 电液伺服阀 GRE GFR
③
隔离阀
主 柱 塞 ⑤
华北电力大学核科学与工程学院
在通电电流脉冲波形中,提升和静止电流脉冲大小有变化( “全”电流和”减”电流)。 提升电流脉冲由40A变化16A。目的：可动系统重达145Kg， 若要把它静止提起，需要的力很大，所以需要用40A的 “提升全”电流；当控制棒提升到位后，把电流减为16A 的“提升减”电流，以减少耗电和绝缘材料过热而引起老 化。 静止电流脉冲在8A和4.2A之间变化。控制棒移动时，为可靠 的抓牢控制棒，应通8A的“静止全”电流；当控制棒处于 正常静止状态时，只需4.2A的“静止减”电流就足够了。 传递线圈的电流始终为8A，因为传递过程时间短，而且电流 不大。
华北电力大学核科学与工程学院 低压调节阀： • 低阻力蝶型阀 • 汽机每侧有3个低压汽柜，共6个，每个低压缸由两 个汽柜供气。低压调节阀在汽柜中与低压截止阀一 一配对。 • 低压阀也是由单向动作驱动机构操作，通过曲柄杠 杠带动，由液力开启，弹簧力关闭，开启时间2s， 关闭时间1s，行程90°，汽柜孔径1145mm。 • 阀板是由碳钢铸造成圆形板，带有整体的加强构件 和阀杆凸台以支承阀杆。 • 阀杆的短轴用螺栓刚性固定在阀板上，在绕性的滚 柱轴承上转动。并装有一个推力轴承以确定轴向位 置。
华北电力大学核科学与工程学院 汽机调节系统 1. 组成：放在柜内的微型调节器电子设备、为各调节阀 而设置的蒸汽阀门操作装置以及高压和低压调节阀。 2. 功能：在所有工况（包括正常运行工况、危急加速工 况）调节汽机的转速和负荷。 3. 高压调节阀： • 在材料为碳钢铸件的汽柜中内有4个高压调节阀和与 之配对的高压截至阀，成同轴对向布置。每个汽柜 通过一根独立的环形管道向高压缸供应蒸汽。 • 调节阀为平衡设计，阀杆粗壮，长度尽可能接近阀 座，可有效支承阀头，并在最大出力下还具有相当 裕度。 • 阀座与阀头为合金钢锻件。 • 单向动作，液力开启弹簧力关闭。开启时间为2s， 关闭时间为0.2s，行程111.8mm，阀座直径439mm。
气动薄膜直通单座调节阀 气 动
O 型 活 塞 式 切 断 球 阀
华北电力大学核科学与工程学院
气缸式执行机构 (直行程)
单弹簧老式气动薄膜 执行机构(直行程)
多弹簧精小型气动薄膜 执行机构(直行程)
华北电力大学核科学与工程学院
华北电力大学核科学与工程学院
液动（液压）执行器：以高压液体为能源的执行器。
⑥
HP 调节阀 导杆
④ 取 样 阀 动力油供给 储液器
华北电力大学核科学与工程学院
保护油供给 控制滑阀 反馈杠杆 控制柱塞
电磁阀
弹簧
GRE 反馈LVDT 阀门定位器 直接反馈杠杆 电液伺服阀 GRE GFR 取 样 阀
卸压阀
隔离阀
主 柱 塞
HP 调节阀 导杆
动力油供给 储液器
华北电力大学核科学与工程学院
华北电力大学核科学与工程学院
平衡弹簧 执行机构 副杠杆 凸轮 主杆杆 力矩马达
滚轮
可直接利用电动调 节器输出的直流电 信号去控制和操纵 气动执行机构。
反馈杆 反馈弹簧 调零弹簧 挡板 喷嘴 气动功率 放大器
华北电力大学核科学与工程学院 电/气转换器是将电动仪表输出的4~20mA直流电流信号转换成可 被气动仪表接受的20~100KPa标准气压信号，以实现电动仪表和 气动仪表的联用，构成混合控制系统，发挥电、气仪表各自的优 点。
滑阀
排液
工作油入口
华北电力大学核科学与工程学院
喷嘴 喷嘴
Pl <Pr
Pl
Pr
进油口
排油口
进油口
到控制柱塞 上腔
到控制柱塞下 腔
Pl >Pr
Pl
Pr
华北电力大学核科学与工程学院
保护液供给 控制滑阀 控制柱塞 反馈杠杆 输出至汽机控制系统GRE 反馈LVDT 阀门定位器 直接反馈杠杆 电液伺服阀 控制系统的输入GRE 排至控制液柜GFR 取 样 阀 动力油供给 储液器 ③
华北电力大学核科学与工程学院 高压调节阀驱动机构 1. 电-液转换器（电-液伺服阀）：将有控制器来的电信号 转换为液压信号。 2. 滑阀油动机：根据液压信号驱动阀门。 低压调节阀驱动机构
华北电力大学核科学与工程学院
机械反馈 调整磁铁 线圈 转矩马达 喷嘴 舌门
节流孔 至控制柱塞上腔 至控制柱塞下腔
对夹式液动蝶阀
华北电力大学核科学与工程学院 执行器的组成： 1. 执行机构：执行器的推动 装置，根据控制信号的大小 产生相应的推动力，推动调 节机构动作。 2. 调节机构：执行器的调节 部分，直接与被调介质发生 作用，完成控制的最后环节。 3. 辅助装置：阀门定位器 （提高控制精度）、手轮机 构等（调节器或执行器出现 故障时，用其进行调节，临 时维持生产正常进行）。
行程标尺 （10～100mm)
支架
华北电力大学核科学与工程学院 长行程执行机构：输出力矩和转角，以驱动磁芯运动为转 角的角行程阀。 输入：0.02~0.1MPa或0~10mA 输出：转角（0~90°）或位移（200~400mm） 特点：行程长、输出力矩大，适用与大转角的角行程阀。 种类： 气动长行程气动执行机构 电信号气动长行程执行机构
华北电力大学核科学与工程学院
电动操作器
电动执行机构原理框图
0~10mA Ii If
伺服放大器
伺服电机
减速器
输出轴位移
调节阀
位置发送器
放大部分
mA
执行部分
伺服放大器：三个输入信号通道(对于简单的系统，只用其中一 个通道)和一个位置反馈信号通道。 1. 伺服放大器将输入信号和反馈信号相比较比较，得到偏差信号。 偏差信号被放大，控制伺服电机的转动。根据偏差信号的极性， 放大器输出相应的信号，以控制电机的正转或反转。 2. 经过减速器减速，使输出轴产生角位移。 3. 输出轴转角位置经过位置发送器转换为相应的反馈电流，反馈 4. 到伺服放大器的输入端使偏差信号减少。 当反馈信号与输入信号相等时，伺服电机停止，输出轴稳定在与 输入信号相对应的位置上。
电-气阀门定位器
华北电力大学核科学与工程学院
负反馈 波纹管 十字片簧 支撑 正反馈 波纹管 杠杆 测量线圈
调零弹簧
磁铁
P0
放大器
电-气转换器：将电动调节器输出的电信 号转换为气压信号，用以驱动气动执行 器；或将各种电动变送器的输出信号转 换成气压信号送往气动调节器或气动显 示仪表。 采用两个波纹管的目的是为了获得较小 的反馈合力矩。调零弹簧用来调整气动 输出信号的起始值。
华北电力大学核科学与工程学院
P P0 P0
薄膜气室 波纹膜片 上（下）膜盖(Ae) 弹簧(Cs) 推杆
气动薄膜执行机构
P
I
I
P—薄膜气室的信号压力变化量；
l—推杆行程的变化量； Ae—波纹膜片的有效面积； Cs—弹簧刚度； P—进入薄膜气室的信号压力；
P0—
对应于行程起点的信号压力。
华北电力大学核科学与工程学院
华北电力大学核科学与工程学院
阀门定位器：气动执行器的主要附件，与气动执行器配套使用，以克服 阀杆的摩擦力和消除调节阀的不平衡里的影响，保证阀芯按照调节器发 出的控制信号大小准确定位。
P0
波纹管 主杆杆 薄膜 滚轮
Pi
活塞 凸轮 阀芯 喷嘴
气动放大器
由于采用气动放大 器，作用与薄膜气 室的压力P0可远大 于输入信号Pi；阀 门定位器与执行机 构组成一个负反馈 的闭环系统，因此 使阀门的定位速度 和精度都得到明显 提高，也有利于克 服由于经过较长气 动管路而造成的信 号传递滞后。